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Somme des 1/n² par une série de Fourier

L2L3PSIPTdifficulté 3/5Analysepar XiMaths▲ Utile · 0

Énoncé

Soit ff la fonction 2π2\pi-périodique telle que f(x)=x2f(x) = x^2 pour x∈[−π,π]x \in [-\pi, \pi].

  1. Calculer les coefficients de Fourier de ff.
  2. Justifier que la série de Fourier de ff converge vers ff en tout point.
  3. En déduire ∑n=1+∞1n2\displaystyle\sum_{n=1}^{+\infty} \frac{1}{n^2}.

Indications

Indication 1

ff est paire : les bnb_n sont nuls. Deux intégrations par parties donnent an=4(−1)nn2a_n = \dfrac{4(-1)^n}{n^2} pour n≥1n \geq 1.

Indication 2

ff est continue et C1C^1 par morceaux : appliquer le théorème de Dirichlet en x=πx = \pi.

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